## PENGAMBILAN TEMBAGA DARI BATUAN BORNIT (Cu5FeS4) VARIASI RAPAT ARUS DAN PENGOMPLEKS EDTA SECARA ELEKTROKIMIA

## Abdul Haris, Didik Setiyo Widodo dan Lina Yuanita
Laboratorium Kimia Analitik Jurusan Kimia Laboratorium Kimia Analitik Jurusan Kimia Fakultas MIPA Universitas Diponegoro Semarang 50275

## ABSTRAK
Telah dilakukan penelitian tentang pemisahan tembaga dari mineral bornit terhadap pengaruh rapat arus dan pengompleks EDTA secara elektrolisis. Serbuk bornit dilarutkan dalam besi(III) sulfat dan diendapkan dengan variasi rapat arus menggunakan elektrode karbon selama 1 jam.
Dari hasil penelitian diperoleh kadar tembaga maksimal yang terlarut sebesar 14,88 % pada konsentrasi besi(III) sulfat 0,6 M. Semakin besar rapat arus yang digunakan pada elektrolisis, kuantitas endapan  semakin  meningkat  dan  endapan  tembaga  maksimal  1,69  mg  terbentuk  pada  penambahan pengompleks  EDTA  0,20  M  dan  rapat  arus  0,05  A/cm2.  Keberadaan  pengompleks  EDTA  mampu menurunkan  potensial  yang  diperlukan  sehingga  meningkatkan  kemurnian  dan  kekuatan  pelapisan tembaga.  Kemurnian  endapan  tembaga  tertinggi  didapatkan  pada  elektrolisis  dengan  penambahan pengompleks EDTA 0,20 M sebesar 93,88%
Kata kunci:bornit, tembaga, rapat arus, pengompleks EDTA

## PENDAHULUAN
Bornit  (Cu 5 FeS 4 )  merupakan  mineral  tembaga sulfida dengan komposisi tembaga 50-70% dan besi  6,5-15%  (Ford,  2005).  Salah  satu  metode sederhana  dalam  pengendapan  logam  dari mineral  batuan  adalah  elektrolisis.  Kelebihan dari  metode  elektrolisis  antara  lain:  prosesnya cepat, peralatan lebih sederhana dan kemurnian endapan  cukup  besar,  dan  kemurnian  logam hasil elektrolisis dapat mencapai 99,9% (Cottrel, 1975).
Tembaga  mempunyai  nilai  ekonomis  tinggi karena kegunaannya yang relatif luas. Ekplorasi tembaga  dari  mineral  bornit  telah  banyak dilakukan  tetapi  belum  diperoleh  hasil  yang maksimal,  sehingga  perlu  dilakukan  optimasi keadaan  mengenai  pengaruh  rapat  arus  dan peran  pengompleks  terhadap  kuantitas  dan kualitas  pengendapan.  Pelarutan  tembaga  dari bornit  merupakan  tahapan  penting  dalam pengambilan  tembaga  dari  batuan.  Miskufova,
dkk  (2004)  melakukan  pelarutan  tembaga  dari mineral kalkopirit dalam pelarut besi (III) sulfat. Pengambilan  logam  tembaga  dengan  metode elektrolisis tanpa penambahan agen pengompleks  didapatkan  endapan  yang  rapuh, sedangkan  elektrolisis  dengan  penambahan pengompleks  memberikan  hasil  endapan  yang lebih  kuat  dibandingkan  elektrolisis  tanpa penambahan  pengompleks.  Etilendiamina  tetra asetat (EDTA) merupakan ligan polidentat, yaitu ligan  yang  mempunyai  dua  atau  lebih  atom donor  yang  secara  bersamaan  dapat  mengikat sebuah ion logam. EDTA merupakan anion yang mempunyai  enam  atom  donor  yang  dapat digunakan  untuk  mengikat  sebuah  atom  logam dan  untuk  membentuk  kompleks  yang  stabil dengan  membungkus  dirinya  di  sekeliling  ion logam tersebut.
NCH 2 CH 2 N CH 2 COO -
CH 2 COO - - OOCCH 2
- OOCCH 2 Gambar 1. Struktur EDTA
Pengompleks  berfungsi  untuk  membentuk kompleks dengan kation yang akan diendapkan pada  katoda.  Semakin  tinggi  nilai  tetapan kestabilan  kompleks  maka  senyawa  kompleks yang terbentuk semakin stabil. Secara kuantitatif tetapan  kestabilan  ion  kompleks  [Cu(EDTA)] 2-
sebesar  6,3  x  10 18 adalah  ion  kompleks  yang stabil  (Brady,  1994).  Dengan  membentuk kompleks,  logam-logam  akan  mempunyai kelarutan yang lebih besar dibandingkan dengan bentuk  garamnya  (Svehla,  1990),  sehingga dengan  diberikan  beda  potensial  pada  kedua elektroda  dari  sel  elektrolisis,  logam  tembaga dapat dengan mudah bergerak dan mengendap di katoda (Svehla, 1990).
Berdasarkan  latar  belakang  tersebut,  maka dalam  penelitian  ini  dilakukan  pelarutan tembaga dari batuan bornit dengan pelarut besi (III)  sulfat  dan  pengendapan  tembaga  dari batuan  bornit secara  elektrolisis  dengan  variasi rapat  arus  dan  penambahan  pengompleks EDTA. Dengan mengetahui pengaruh rapat arus dan  pengompleks  terhadap  pengendapan tembaga  secara  elektrolisis,  diharapkan  dapat memberikan  produk  endapan  tembaga  dengan kualitas dan kuantitas maksimal.

## METODOLOGI

## Alat dan Bahan
Alat:  elektroanaliser,  spektrofotometer  serapan atom,  pemanas  listrik,  pengaduk  magnetik, elektroda karbon (grafit), alat-alat gelas.
Bahan:  batuan  bornit,  larutan  besi  (III)  sulfat, larutan  asam  nitrat  65%,  pengompleks etilendiamina tetra asetat dan akuades.

## Prosedur Kerja
Penanganan Sampel:
Batuan bornit dihancurkan menjadi serbuk dengan ukuran 200 mesh dan diaktivasi pada suhu 450 0 C selama 1 jam.
Pelarutan  Serbuk  Bornit: Serbuk  tembaga hasil aktivasi dilarutkan dalam pelarut besi (III) sulfat  dengan  variasi  konsentrasi  0,12  M;  0,48 M; 0,6 M; 0,8 M; 1,0 M; 1,2 M; 1,4 M. Pelarutan dilakukan  selama  3  jam  pada  suhu  kamar. Pengukuran  konsentrasi  tembaga  terlarut  dari batuan bornit menggunakan AAS.
Pengendapan  Cu 2+ tanpa  Penambahan Pengompleks:
Sebanyak  50  ml  larutan  dari  batuan  bornit dengan konsentrasi tembaga maksimal dielektrolisis  menggunakan  elektroda  karbon. Elektrolisis  untuk  pengendapan  tembaga  tanpa penambahan pengompleks dilakukan pada rapat arus  tetap  0,0005  A/cm 2 selama  1  jam. Elektrolisis  dilakukan  juga  pada  rapat  arus 0,0010;  0,0050;  0,0100;  0,0500  A/cm 2 . Kuantitas  endapan  pada  katoda  ditentukan dengan penimbangan.
Pengendapan  Cu 2+ Dengan  Penambahan Pengompleks EDTA:
Sebanyak  50  ml  larutan  dari  hasil  pelarutan batuan  bornit  dengan  konsentrasi  tembaga terlarut  maksimal  kemudian  dielektrolisis menggunakan  elektroda  karbon.  Elektrolisis untuk pengendapan tembaga dengan penambahan  pengompleks  EDTA  dilakukan pada rapat arus tetap 0,0005 A/cm 2 selama 1 jam. EDTA yang ditambahkan sebanyak 7 ml 0,20 M. Elektrolisis  dengan  penambahan  pengompleks dilakukan juga pada rapat arus 0,0010; 0,0050;
0,0100; 0,0500 A/cm 2 . Kuantitas endapan pada katoda ditentukan dengan penimbangan.

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## Penanganan Sampel dan Pelarutan Tembaga
Sampel bornit dibuat menjadi serbuk berukuran 200  mesh  agar  luas  permukaannya  semakin besar. Serbuk bornit diaktivasi pada suhu 450 o C untuk melemahkan ikatan komponen unsur/logam yang terdapat dalam batuan.
Besi(III)  sulfat  mempunyai  potensial  redoks yang tinggi sehingga mampu melarutkan serbuk bornit.  Pelarutan  berlangsung  spontan  pada temperatur  kamar  karena  energi  bebas  Gibbs reaksi bernilai negatif (Miskufova dkk, 2004).
Cu 5 FeS 4 (s) +  6  Fe 2 (SO 4 ) 3 (aq) 5  CuSO 4 (aq) + 13 FeSO 4 (aq) + 4 S (aq)
Pelarutan  serbuk  bornit  menggunakan  pelarut besi  (III)  sulfat  (dengan  variasi  konsentrasi) menghasilkan  nilai  tembaga  terlarut  yang berbeda-beda dapat dilihat pada gambar 2.
Gambar 2. Kadar tembaga terlarut terhadap konsentrasi pelarut besi (III) sulfat
Pelarutan  serbuk  bornit  menggunakan  pelarut besi (III) sulfat pada suhu kamar menghasilkan tembaga  terlarut  maksimal  sebesar  14,88% dengan  konsentrasi  pelarut  besi(III)  sulfat sebesar 0,60 M.

## Elektrolisis Pengendapan Tembaga
Pengendapan  tembaga  secara  elektrolisis dilakukan tanpa penambahan pengompleks dan dengan  penambahan  pengompleks  EDTA  0,20 M pada variasi rapat arus. Tabel 1. menunjukkan kuantitas  endapan  tembaga  pada  variasi  rapat arus  yang  diperoleh  dari  elektrolisis  tanpa penambahan  pengompleks  dan  penambahan pengompleks.  Pengendapan  tembaga  secara elektrolisis  tanpa  penambahan  pengompleks menghasilkan  kuantitas  endapan  tembaga maksimal 1,91 mg pada rapat arus 0,01 A/cm 2 . Elektrolisis  dengan  penambahan  pengompleks EDTA 0,20 M menghasilkan kuantitas endapan tembaga maksimal 1,69 mg pada rapat arus 0,05 A/cm 2 .
Tabel 1. Kuantitas endapan tembaga hasil elektrolisis (variasi rapat arus) tanpa penambahan pengompleks dan dengan penambahan pengompleks EDTA 0,20 M No . Rapat Arus (A/cm 2 ) Kuantitas endapan Cu (mg) Tanpa pengomplek s EDTA Dengan Pengomplek s EDTA 0,20 M 1. 0,0005 0,16 0,00 2. 0,0010 1,46 0,92 3. 0,0050 1,39 0,64 4. 0,0100 1,91 0,98 5. 0,0500 0,77 1,69
Berdasarkan  tabel  1  elektrolisis  tanpa penambahan pengompleks, semakin besar rapat arus  yang  digunakan  meningkatkan  kuantitas endapan  dan  pada  penelitian  ini  diperoleh kuantitas endapan kembali menurun pada rapat arus  tertentu.  Elektrolisis  dengan  penambahan pengompleks memenuhi Hukum Faraday I, yaitu besar  rapat  arus  yang  digunakan  semakin meningkatkan  kuantitas  endapan  (Sukardjo, 1997).
0 2 4 6 8 10 12 14 16 0 0,5 1 1,5 Konsentrasi pelarut besi (III) sulfat (M) K ad ar te m ba ga te rl ar ut (% )
Elektrolisis  tanpa  penambahan  pengompleks menggunakan  listrik  yang  mengalir  melalui larutan  tidak  hanya  dimanfaatkan  dalam pengendapan tembaga melainkan juga dimanfaatkan  oleh  reaksi  lain  yang  menyertai, seperti pembentukan gas hidrogen dan oksigen. Hal ini mengakibatkan kuantitas tembaga yang dihasilkan sedikit. Adanya pengompleks mampu mengurangi pembentukan gelembung- gelembung gas sehingga kuantitas endapan yang dihasilkan semakin tinggi.
Perbandingan kuantitas endapan secara praktek dan secara teoritis menghasilkan efisiensi arus. Efisiensi  arus  yang  diperoleh  pada  elektrolisis tanpa  penambahan  pengompleks  dan  dengan penambahan  pengompleks  dapat  dilihat  pada gambar  3.  Semakin  besar  rapat  arus,  efisiensi arus  semakin  kecil.  Kesempatan  ion  tembaga untuk  mengendap  pada  rapat  arus  yang  kecil lebih besar jika dibandingkan dengan air karena potensial  reduksi  tembaga  lebih  tinggi.  Hal inilah yang menyebabkan efisiensi arus menjadi tinggi pada rapat arus kecil.
Gambar 3. Pengaruh rapat arus terhadap efisiensi arus elektrolisis tanpa pengompleks dan dengan pengompleks EDTA 0,20 M
Perbandingan kuantitas endapan hasil pengukuran  dengan  AAS  dan  penimbangan diperoleh  kemurnian  endapan  seperti  yang terlihat  pada  gambar  4.  Kemurnian  endapan
ditentukan  oleh  komposisi  endapan.  Nilai kemurnian  yang  tinggi  menunjukkan  bahwa endapan  yang  diperoleh  hanya  mengandung sedikit  pengotor  dan  nilai  kemurnian  yang rendah menunjukkan banyaknya pengotor yang ikut mengendap. Kemurnian tertinggi 73% pada rapat arus 0,001 A/cm 2 untuk elektrolisis tanpa penambahan pengompleks. Kemurnian tertinggi pada elektrolisis dengan penambahan pengompleks  sebesar  93,88%  pada  rapat  arus 0,05 A/cm 2 .
Gambar 4. Pengaruh rapat arus terhadap kemurnian endapan tembaga tanpa pengompleks dan dengan pengompleks EDTA 0,20 M
Hasil  elektrolisis  berupa  endapan  dan  gas. Kemurnian  endapan  nilainya  tidak  dapat mencapai  100%  karena  adanya  pengotor  di dalam  larutan.  Pengotor  dengan  potensial  di bawah  tembaga  ikut  mengendap  bersama tembaga.  Gas  yang  dihasilkan  selama  reaksi berlangsung, mengganggu jalannya reaksi pada katoda  dan  anoda  itu  sendiri.  Gas  hidrogen menghalangi tembaga yang akan mengendap di katoda  sehingga  endapan  yang  dihasilkan menjadi  rapuh  dan  tidak  merata.  Hal  ini  dapat diatasi dengan penambahan pengompleks, yaitu EDTA  0,20  M.  Pengompleks  mampu mengurangi  pembentukan  gas  pada  reaksi elektrolisis  sehingga  reaksi  dapat  berlangsung optimal.

## Pengaruh  Pengompleks  Terhadap  Kualitas Pelapisan
Pengaruh pengompleks pada proses elektrolisis adalah menurunkan potensial sel. Overpotensial dapat  ditekan  sehingga  terbentuknya  gas hidrogen  dan  oksigen  menjadi  berkurang. Penurunan  potensial  sel  dapat  diketahui  dari reaksi  yang  terjadi  pada  elektrolisis  dan persamaan Nernst.
Reaksi  yang  terjadi  pada  elektrolisis  tanpa penambahan pengompleks adalah:
Katoda (C): Cu 2+ (aq) + 2e  Cu (s) E o = +0,340V
Anoda (C): 2H 2 O  O 2 + 4H + (aq) + 4e E o = -1,230V
__________________________________________
Cu 2+ (aq) +2H 2 O  Cu (s) +O 2(g) +4H + (aq) E o = -0,890V
Reaksi  yang  terjadi  pada  elektrolisis  tembaga dengan  penambahan  pengompleks  EDTA adalah:
Kat: [Cu(EDTA)] 2- (aq) +2e  Cu (s) +(EDTA) 4- E o = +0,895V
Anoda (C): H 2 O  O 2 + 4H + (aq) + 4e  E o = -1,230V __________________________________________
Cu 2+ (aq) +H 2 O  Cu (s) +(EDTA) 4- +O 2(g) +4H + (aq) E o = -0,335V
Berdasarkan reaksi yang terjadi pada elektrolisis,  perbedaan  nilai  potensial  elektroda untuk  setengah  reaksi  terdapat  di  katoda.  Nilai potensial  katoda  sangat  menentukan  harga potensial  sel.  Elektrolisis  tanpa  penambahan pengompleks mempunyai nilai potensial katoda sebesar + 0,340 volt, sedangkan nilai potensial katoda  untuk  elektrolisis  dengan  penambahan pengompleks EDTA 0,20 M sebesar + 0,895volt.
Nilai  potensial  katoda  dengan  pengompleks apabila  dibandingkan  dengan  nilai  potensial katoda tanpa pengompleks, menjadi lebih tinggi dan  menunjukkan  bahwa  kemampuan  reduksi ion  tembaga  dengan  adanya  pengompleks
menjadi  lebih  besar.  Hal  ini  berpengaruh  pada harga  potensial  sel.  Keberadaan  pengompleks akan menurunkan potensial sel yang diperlukan untuk mengendapkan logam tembaga. Potensial sel minimal yang diperlukan untuk pengendapan tembaga tanpa pengompleks sebesar 0,890 volt turun  menjadi  0,335  volt  dengan  adanya pengompleks  EDTA.  Proses  pengendapan tembaga  dengan  pengompleks  menjadi  lebih mudah  berlangsung  karena  potensial  yang diperlukan  lebih  rendah  daripada  tanpa pengompleks.  Selain  itu,  adanya  pengompleks menyebabkan  kualitas  endapan  menjadi  lebih baik. Hal ini dapat dilihat pada tabel berikut.
Tabel 1. Kekuatan tembaga hasil elektrolisis tanpa pengompleks dan dengan pengompleks EDTA 0,20 M
No . Rapat Arus (A/cm 2 ) Waktu Pelarutan (detik) dalam HNO 3 3 M Tanpa pengomplek s EDTA Dengan Pengomplek s EDTA 0,20M 1. 0,0005 2 528 2. 0,0010 184 539 3. 0,0050 64 489 4. 0,0100 65 186 5. 0,0500 76 133
Dari tabel di atas terlihat bahwa dengan adanya pengompleks  mampu  meningkatkan  kualitas pelapisan endapan yang ditunjukkan oleh makin lamanya waktu pelarutan. Keberadaan pengompleks mampu mengurangi pembentukan gas hidrogen sehingga endapan yang dihasilkan semakin  kuat  dan  merata.  Kekuatan  endapan tembaga  dapat  diketahui  dengan  pelarutan endapan dalam asam nitrat 3 M. Semakin lama pelarutan  menunjukkan  bahwa  kekuatan tembaga  semakin  tinggi/tidak  rapuh.  Kekuatan endapan terbaik diperoleh pada rapat arus 0,001
A/cm 2 .  Pada  rapat  arus  tersebut  endapan  hasil elektrolisis  tanpa  penambahan  pengompleks melarut  selama  184  detik  dan  untuk  endapan hasil elektrolisis dengan penambahan pengompleks  melarut  selama  539  detik. Endapan  hasil  elektrolisis  dengan  penambahan pengompleks  lebih  kuat  dibandingkan  endapan hasil elektrolisis tanpa pengompleks.

## UCAPAN TERIMAKASIH
Terima  kasih  disampaikan  kepada  F  MIPA UNDIP  atas  dana  DIPA  FMIPA  Universitas Diponegoro  yang  telah  membeayai  penelitian ini.

## DAFTAR PUSTAKA
Brown,  T.  L.,  1997, Chemistry  The  Central Science , Prentice Hall, Inc., New Jersey.
Cottrell,  A.,  1975, An  Introduction  to Metallurgy ,  2 nd Edition,  Edward  Arnold Ltd., London.
Ford,  W.  E.,  2005, Dana’s  Textbook  of
Mineralogy With an Extended Treatise on Crystallography and Physical
Mineralogy ,  Statish  Kumar  Jain,  New Delhi.
Miskufova, Kuchar,  Havlik,  2004, Leaching  of Thermally  Sulphidized  Medium ,  Acta Metalurgica Slovaca.
Rieger,  P.  H.,  1994, Electrochemistry , Champman  and  Hall,  New  York,  5-6,
398-400, 575-590.